Trong thời kì mở đất, bản doanh của các tướng trấn thủ đất Phú Yên như Văn Phong, Nguyễn Phúc Vinh đều đóng ở đây. Bởi địa thế hiểm trở và lại là cửa khẩu mở ra biển nên nơi này là đầu mối giao lưu ra bên ngoài của Phú Yên, là tiền đồn ngăn chặn các cuộc quấy nhiễu của quân Chămpa.

Chính vì vị trí chiến lược quan trọng nên vịnh là nơi đã xảy ra cuộc quyết chiến chiến lược giữa quân Tây Sơn và nhà Nguyễn. Đó là sự kiện năm 1775 khi tướng Tống Phước Hiệp huy động toàn quân chúa Nguyễn tấn công quân Tây Sơn đóng tại đây.

Trong Chiến tranh thế giới thứ hai, vào tháng 4 năm 1945, hải quân Đế quốc Nhật Bản tiến vào vịnh để đánh chiếm hòng làm bàn đạp tiến sâu vào đất liền nhưng bị máy bay của quân Đồng Minh bắn cháy.